芻議自動化技術(shù)在鐵路電氣工程中的應(yīng)用

李寧

摘 要：文章首先對鐵路電氣工程中常見的自動化技術(shù)進(jìn)行簡要闡述，在此基礎(chǔ)上對自動化技術(shù)在鐵路電氣工程中的具體應(yīng)用進(jìn)行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)﹁F路電氣工程技術(shù)水平的提升有所幫助。

關(guān)鍵詞：自動化技術(shù)；鐵路；電氣工程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.124

所謂的自動化技術(shù)目前尚無統(tǒng)一的定義，它是一項(xiàng)綜合性技術(shù)，其中包括諸多先進(jìn)的技術(shù)，如計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、電子技術(shù)等等。這些技術(shù)融合在一起，就組成了自動化技術(shù)，計(jì)算機(jī)和控制是自動化技術(shù)的核心。近年來隨著自動化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，進(jìn)一步推動了該技術(shù)的發(fā)展，可以說自動化技術(shù)已經(jīng)越來越成熟。借此，本文就自動化技術(shù)在鐵路電氣工程中的應(yīng)用展開淺談。

1 鐵路電氣工程中常見的自動化技術(shù)

1.1 饋線自動化技術(shù)

目前，饋線自動化是鐵路電氣工程中較為常用的一項(xiàng)自動化技術(shù)，按照技術(shù)特點(diǎn)，可將饋線模式分為以下幾種：集中控制、分布式控制和綜合控制。

1.1.1 集中控制

這種饋線模式要求主站、通信系統(tǒng)及終端設(shè)備全部建成，并且都保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，其中主站會借助通信系統(tǒng)，對終端設(shè)備的信息進(jìn)行收集，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龊?，對故障進(jìn)行精確定位，當(dāng)找到故障位置后，會下達(dá)指令，以遠(yuǎn)程遙控的方式，利用開關(guān)將故障區(qū)域隔離出去，從而使無故障區(qū)域保持正常通電。

1.1.2 綜合控制

這種饋線模式的工作原理與集中控制基本相同，雖然可以對故障問題進(jìn)行處理，但從實(shí)際情況上看，其效率較低，適用性并不是很高。

1.1.3 分布式控制

該饋線模式可在較短的時(shí)間內(nèi)對故障和非故障區(qū)域進(jìn)行快速區(qū)分，使終端和主站的任務(wù)分開，大幅度提高故障處理效率。

1.2 測控終端技術(shù)

在鐵路電氣工程中，測控終端技術(shù)的優(yōu)勢非常明顯，其可對主站和子站的運(yùn)行壓力進(jìn)行合理分配，還能對系統(tǒng)中存在的故障問題進(jìn)行自動檢測，當(dāng)檢測到故障后，便會自動對故障隔離處理。測控終端不會受到惡劣氣候的影響，在雨雪雷電等天氣下，均可保持穩(wěn)定運(yùn)行，為鐵路的供電可靠性提供強(qiáng)有力的保障。

1.3 通信技術(shù)

在鐵路電氣工程中，通信是不可或缺的重要組成部分之一，其中應(yīng)用較為廣泛的是光纖通信技術(shù)，該技術(shù)以光波作為信息的載波，以光導(dǎo)纖維作為信號傳輸?shù)那溃纱丝墒箯V波在光線中進(jìn)行長距離傳輸，確保信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和有效性。

2 自動化技術(shù)在鐵路電氣工程中的具體應(yīng)用

2.1 信號電源監(jiān)控

信號電源監(jiān)控簡稱SMC，具體是指借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，對鐵路自動閉塞信號裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對其運(yùn)行狀態(tài)檢測，并對發(fā)現(xiàn)的異常及故障信息進(jìn)行記錄。SMC實(shí)質(zhì)上就是SCADA技術(shù)在鐵路信號電源上的應(yīng)用，由于信號電源是鐵路電氣中較為重要的組成部分之一，加之其對故障錄波的特殊需求，因此可將SMC作為獨(dú)立的高級應(yīng)用功能。一個(gè)完整的信號電源監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備的主要功能包括：電壓電流及開關(guān)狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)視；高低壓開關(guān)遠(yuǎn)程控制；電壓異常報(bào)警；過流檢測及故障錄波等。

2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

信息電源監(jiān)控系統(tǒng)主要是由以下三個(gè)部分組成：主站層、通信通道、監(jiān)控裝置。為提高系統(tǒng)的性能，可以采用SCADA和信號電源監(jiān)控一體化的方案，該監(jiān)控系統(tǒng)能夠使工作人員對信號供電裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握，解決盲目管理的問題，可以發(fā)現(xiàn)故障隱患，并進(jìn)行快速處理，為供電可靠性提供強(qiáng)有力的保障。同時(shí)該系統(tǒng)可以對故障發(fā)生的電壓及電流波形進(jìn)行記錄，從而幫助工作人員對故障的發(fā)生過程進(jìn)行了解，進(jìn)而分析引發(fā)故障問題的原因。此外，當(dāng)出現(xiàn)越級跳閘時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，這樣工作人員便不需要長途奔波對上一級故障進(jìn)行處理，可減輕勞動量，工作效率隨之進(jìn)一步提升。

2.1.2 主站功能

由上文分析可知，SMC是鐵路電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中的高級應(yīng)用，其可以實(shí)現(xiàn)的功能如下：

（1）運(yùn)行監(jiān)視功能。信號電源的接線圖可在計(jì)算機(jī)屏幕上進(jìn)行直觀顯示，通過查看，工作人員能對電壓、電流等參數(shù)以及開關(guān)的狀態(tài)予以實(shí)時(shí)掌握；可對能夠反映出信號電源電壓和電流變化趨勢的曲線進(jìn)行顯示；可以通過列表的方式對開關(guān)位置變換事件順序的記錄結(jié)果進(jìn)行顯示。

（2）事件報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)接收到現(xiàn)場監(jiān)控裝置傳回的電壓及電流異常報(bào)警信息后，在計(jì)算機(jī)屏幕上能夠自動彈出報(bào)警畫面，并對相關(guān)的報(bào)警信息進(jìn)行顯示，同時(shí)還可輔以聲光效果，從而提醒值班人員對故障問題進(jìn)行查看和處理。此外，事件報(bào)警還具備電壓及電流有效值變化趨勢圖的顯示功能。

（3）故障錄波功能?？蓪^流故障錄波結(jié)果進(jìn)行檢索和顯示，并且具有波形放大、縮小以及平移等功能，可通過對光標(biāo)的移動，對波形上選定點(diǎn)的瞬時(shí)值進(jìn)行測量，并下達(dá)人工錄波指令。

（4）圖形管理功能。圖形管理分為以下幾個(gè)部分，一級為布局圖管理，二級為供電臂示意圖管理，三級為車站圖管理，可從一級圖中對二級圖進(jìn)行調(diào)取，要求圖表的繪制簡單、便捷。此外可在二級圖上對高壓側(cè)開關(guān)進(jìn)行控制。

（5）參數(shù)讀取與整定。主要包括如下內(nèi)容：對現(xiàn)場監(jiān)控裝置的站址進(jìn)行讀取和整定；遙測越限及錄波啟動的整定值等。

2.2 鐵路線路自動化

鐵路線路自動化簡稱FA，具體是指借助相關(guān)技術(shù)，對線路分段開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障定位及隔離，并對故障信息進(jìn)行記錄。FA是鐵路電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的子系統(tǒng)，其應(yīng)當(dāng)具備如下功能：線路故障就能夠確定位、故障隔離、遠(yuǎn)程“三遙”等。該系統(tǒng)可對短路、小電流接地等故障進(jìn)行檢測和定位，并對故障進(jìn)行隔離處理，非故障區(qū)段可恢復(fù)供電，該系統(tǒng)在鐵路電氣工程中的應(yīng)用，能夠使鐵路電力線路的故障停電范圍大幅度減小，同時(shí)，可對故障進(jìn)行精確的定位，縮短了線路巡視檢查的時(shí)間，使故障得到及時(shí)有效的處理，大幅度降低對鐵路安全運(yùn)行的影響。

2.2.1 短路故障的處理

對線路中短路故障的隔離及恢復(fù)供電的方式有兩種，一種是現(xiàn)場控制，另一種是遠(yuǎn)程遙控。前者主要是借助現(xiàn)場中的自動分段器和重合器等裝置來完成，整個(gè)控制過程不需要進(jìn)行通信；后者則是通過主站遙控來完成，需要借助通信信道進(jìn)行信號傳輸。

現(xiàn)場控制。采用的是V-T的控制方式，即電壓-時(shí)間，其控制原理如下：當(dāng)線路失壓時(shí)，自動分段器會跳閘，當(dāng)檢測到一側(cè)有電壓，會在延遲一段時(shí)間后進(jìn)行合閘，若是在預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間內(nèi)失壓，則立即跳閘，并完成自鎖。例如，線路中的A點(diǎn)出現(xiàn)永久性短路故障，系統(tǒng)以現(xiàn)場控制的方式對故障進(jìn)行隔離，具體過程如下：故障發(fā)生后，重合器1先行跳閘，隨后分段器1～4全部失壓跳閘；重合器1合閘，分段器1合到故障上，重合器1重新跳開，分段器1再次失壓跳開并自鎖；重合器1再合閘，對非故障區(qū)段的線路恢復(fù)供電，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的延時(shí)以后，重合器2合閘，分段器4和分段器3依次合閘成功，分段器2合到故障上，重合器2跳開，分段器2～4失壓跳閘，且分段器2自鎖；重合器2合閘，分段器3和4依次合閘，非故障段線路供電恢復(fù)。由上述控制過程可知，現(xiàn)場控制無需通信，前期投資小，便于實(shí)現(xiàn)，但整個(gè)過程需要進(jìn)行多次重合，會對用電設(shè)備造成較大的沖擊。

2.2.2 遠(yuǎn)程遙控

這種控制方式主要是利用通信網(wǎng)絡(luò)，對線路中的負(fù)荷開關(guān)進(jìn)行遙控，從而實(shí)現(xiàn)對故障的隔離，并對非故障區(qū)段恢復(fù)供電。仍以A點(diǎn)永久性短路故障為例，對遠(yuǎn)程遙控的過程進(jìn)行分析。故障發(fā)生后，重合器1跳開，設(shè)置在現(xiàn)場的FTU和RTU會利用通信網(wǎng)絡(luò)將故障檢測結(jié)果傳給FA控制主站；重合器1與分段器1處開關(guān)檢測出故障電流，其它開關(guān)處無故障電流通過，由此判定故障點(diǎn)在分段器1和分段器2之間，此時(shí)主站通過遙控使分段器1和分段器2同時(shí)跳開，并合上重合器1和重合器2，故障區(qū)段被隔離，非故障區(qū)段恢復(fù)供電。通過分析可知，這種控制方式的過程簡單，開關(guān)動作次數(shù)少，對系統(tǒng)造成的沖擊較小，但需要進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，投資相對較高。

2.2.3 小電流故障的處理

當(dāng)線路出現(xiàn)此類故障時(shí)，零序電流會從故障點(diǎn)兩側(cè)流向故障點(diǎn)，該電流的初始極性相反，若是故障點(diǎn)處于線路的末端時(shí)，在該故障點(diǎn)前方的FTU側(cè)量到的零序電流值最大。根據(jù)這一情況，可快速對小電流故障的位置進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

3 結(jié)論

綜上所述，在鐵路電氣工程中，應(yīng)對自動化技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，借此來提高工程的整體技術(shù)水平，為鐵路運(yùn)營安全性和穩(wěn)定性的提升提供保障。在未來一段時(shí)期，應(yīng)加大對自動化技術(shù)的研究力度，除對現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善之外，還應(yīng)開發(fā)一些新的自動化技術(shù)，從而使其更好地為鐵路工程建設(shè)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李延亮.鐵路35/10kV變配電所綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].西南交通大學(xué)，2017.

[2]朱立國.鐵路施工中的電氣工程及其自動化技術(shù)探討[J].通訊世界，2017（08）：84-85.

[3]李政.配電自動化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].低碳世界，2017（08）：75-77.